电力产生单元的制作方法

专利名称：电力产生单元的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种电力产生单元，可将一外部所施的力转换并产生电力。
背景技术：
传统利用压电元件的电力产生结构，例如已知将一外部的力直接施在压电元件上 的结构，藉此使压电元件形变以获得一电动势(例如参见专利文件一)，以及一结构直接
将力例如风力施加到压电元件，藉此使压电元件形变以获得一电动势(例如参见专利文件二)。专利文件一日本专利申请公开号H7_49418专利文件二 日本专利申请公开号H11-30372
发明内容
本发明所欲解决的问题然而，由单一压电元件所获得的电力很小。因此，有必要增加压电元件的数量，以 获得所需的必要电力。在此情形下，当为数众多的压电元件只是被设置在同一平面上，外力 必须分散在个别的压电元件上，因此，很难有效地将外力分散在个别的压电元件。就另一方面，当许多压电元件只是堆叠在一起，最外侧的压电元件可以达到某种 程度的变形；然而，比较内侧的压电元件会被其他压电元件阻碍而不会形变，而有可能让电 力产生的效率降低。所以，当许多压电元件堆叠在一起的时候，为了让每一个压电元件都能 自由地形变，有人提出以支撑单元来个别地支撑压电元件。然而，当压电元件的数目增加 时，支撑单元的结构也会变得复杂，支撑单元的重量也会增加，使得制造支撑单元的成本也 跟着增加。本发明可解决上述的问题，且本发明的一目的在于提供一电力产生单元，其可在 不会分散外力的情况下有效地传送外力至压电元件，以加强电力产生的效率，并可在一简 化的方式下支持许多压电元件。解决问题的技术手段为了解决上述的问题，根据权利要求1所述的电力产生单元提供一种将一外部所 施的力转换并产生电力的电力产生单元，包含多个压电元件；以及多个间隔件，其以堆叠方 式被设置在该些压电元件之间，或者被设置在其中的一个压电元件与挤压各压电元件的一 挤压表面之间，其中各间隔件形成各压电元件的一形变空间，并传送一形变力至各压电元 件。根据权利要求2的电力产生单元提供如权利要求1所述的电力产生单元，还包含 多个电力产生模块与支撑该些电力产生模块的多个支撑单元，其中各电力产生模块包括一 可挠性振动板、被固定在该振动板二表面上的该些压电元件、以及多个中央间隔件，作为该 些间隔件，其被固定在该些被固定于该振动板其中一个表面上的压电元件，并被设置在靠 近其中的一压电元件的一中央部分，该些电力产生模块被堆叠为使得其中的一电力产生模块的中央间隔件与相邻的电力产生模块的中央间隔件彼此接触并位于一相同的轴上。根据权利要求3所述的电力产生单元提供如权利要求2所述的电力产生单元，其 中各电力产生模块包括多个周围间隔件，作为该些间隔件，其被固定于位于该振动板另一 表面的该些压电元件的外围的一侧上，或被固定于该振动板上，并向外伸出其中的一压电 元件之外，以及该些电力产生模块被堆叠为使得其中的一电力产生模块的周围间隔件与相 邻的电力产生模块的周围间隔件彼此接触。根据权利要求4所述的电力产生单元提供如权利要求1所述的电力产生单元，还 包含多个电力产生模块，其中该电力产生模块包括该些压电元件、多个中央间隔件、以及多 个周围间隔件，该多个中央间隔件被固定至该些压电元件的一表面，并被设置在靠近该些 压电元件的一中央部分，以及该多个周围间隔件被固定在该些压电元件的其他表面的外围 侧上。根据权利要求5所述的电力产生单元提供如权利要求1所述的电力产生单元，还 包含多个电力产生模块，其中各电力产生模块包括该些压电元件、一中央间隔件、以及一周 围间隔件，该些压电元件彼此直接堆叠或通过一弹性层彼此堆叠，该中央间隔件被设置在 最外面的压电元件的一外表面的一中央部分，以及该周围间隔件被固定在另一最外面的压 电元件的一外表面的一外围的一侧上。根据权利要求6所述的电力产生单元提供如权利要求3至5的任何一项所述的电 力产生单元，其中的一周围间隔件为一沿着该压电元件的一周围方向形成的环形体。根据权利要求7所述的电力产生单元提供如权利要求3至5的任何一项所述的电 力产生单元，其中的一周围间隔件为一沿着该压电元件的一周围方向设置在多个位置的圆 柱体。根据权利要求8所述的电力产生单元提供如权利要求1所述的电力产生单元，一 可挠性板状的振动板，其形成该挤压表面，其中该些压电元件沿着该振动板被设置在该振 动板的至少一表面上，以及其中的一间隔件被设置于该些压电元件与该振动板之间。根据权利要求9所述的电力产生单元提供如权利要求1至8的任何一项所述的电 力产生单元，其中与非平行于该振动板的一主表面方向的一弯折部被提供于位于该振动板 的其中的一压电元件的一外围的一侧上。根据权利要求10所述的电力产生单元提供如权利要求2至5的任何一项所述的 电力产生单元，其中任一电力产生模块可通过一自行车踏板、一发送器、或者一鞋的一操作 表面而被挤压。本发明的功效根据权利要求1，压电元件可通过间隔件变形。所以，当一挤压力施加于电力产生 模块的堆叠方向时，挤压力不会分散至模块支撑主体上，通过中央间隔件，挤压力会被传送 到所有串联的振动板，而挤压力可有效地施加在每一块振动板的一曲面上。根据权利要求2，压电元件可以中央间隔件为一支点而在其周围变形。所以，当一 挤压力被施加于电力产生模块的堆叠方向时，挤压力不会分散至模块支撑主体上，通过中 央间隔件，挤压力会被传送到所有串联的振动板，而挤压力可有效地被施加在每一块振动 板的一曲面上。力量是从中央间隔件被施加至压电元件的中心，而由振动板的曲面所造成 的应力被施加在相对该振动板的整个固定表面。所以，可以达到高发电容量。模块支撑主体不需要支持多个电力产生模块，模块支撑主体只需要能够导引电力产生模块，让电力产 生模块能够可靠地在堆叠方向移动。所以，模块支撑主体的结构可以简化，使得其制造成本 与重量也可减少。根据权利要求3，压电元件可以电力产生模块之间的周围间隔件作为一支点而在 其周围变形。所以，当一挤压力施加于电力产生模块的堆叠方向时，挤压力不会被分散至模 块支撑主体上，通过中央间隔件，挤压力会被传送到所有串联的振动板，而挤压力可有效地 施加在每一块振动板的一曲面上。根据权利要求4，本发明可省略振动板，而压电元件间的距离可挤压至一个间隔件 的厚度。所以，可以用更简单的堆叠结构而进一步加强压电元件的堆叠效率。根据权利要求5，本发明可省略振动板，而压电元件间的距离可实质地消除。所以， 可以用更简单的堆叠结构而进一步加强压电元件的堆叠效率。根据权利要求6，周围间隔件为环型体。所以，当有外力沿着堆叠方向被施加在电 力产生模块时，整个振动板可以周围间隔件作为支点而围绕着周围间隔件平均地弯曲。在 此设置方式下，可有效地将外力施加在被固定于振动板上的整个压电元件上，因此可达到 高发电容量。根据权利要求7，周围间隔件为圆柱体。所以，当有外力沿着堆叠方向施加于电力 产生模块时，整个振动板可以周围间隔件作为支点而围绕着周围间隔件平均地弯曲。在此 设置方式下，可有效地将外力施加在固定于振动板上的整个压电元件上，因此可达到高发
电容量。根据权利要求8，振动可被传送到与一振动源隔离的广大范围，所以可进一步加强 电力产生的效率。根据权利要求9，该振动板具有弯折部。所以，振动板可藉由降低振动板的刚性而 相对轻易地变形，如此可让压电元件变形，由于压电元件亦可轻易地产生形变，因此电力产 生效率也会提高。根据权利要求10，电力的产生可通过在一般使用模式下的一自行车踏板、一发送 器，或者一鞋的一操作表面挤压电力产生模块。附图简单说明图1所示为根据第一实施例的一完整电力产生单元的垂直截面图。图2所示为图1的一对模块的垂直截面图。图3所示为一成对模块在一形变状态下的垂直截面图。图4所示为一电力产生模块的俯视立体透视图。图5所示为一电力产生模块的仰视立体透视图。图6所示为一电力产生模块的修改的俯视立体透视图。图7所示为一电力产生模块的修改的仰视立体透视图。图8所示为根据第二实施例的一电力产生单元的垂直截面图。图9a至图9p所示为一振动板21的修改的垂直截面形状的简化图。图10所示为根据第三实施例的一电力产生单元的立体透视示意图。图11所示为根据第四实施例的一电力产生单元的垂直截面示意图。图12所示为根据第五实施例的一电力产生单元的垂直截面图。
图13所示为根据第六实施例的一电力产生单元的相关零件的垂直截面图。图14所示为图13的电力产生单元的相关零件在一形变状态的垂直截面图。图15所示为根据第七实施例的一电力产生单元的相关零件的垂直截面图。图16所示为图15的电力产生单元的相关零件在一形变状态的垂直截面图。图17所示为根据第八实施例的一电力产生单元的相关零件的垂直截面图。图18所示为电力产生单元的相关零件的立体透视图。参考标号1A，1C，1D，1E，1F，1G，1H 电力产生单元2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2H 电力产生模块3A，3C，3D，3E模块支撑主体4成对模块21，27 振动板22，23压电元件36 绳索本发明的较佳实施方式依据本发明的电力产生单元的实施例将在以下搭配附图做详细说明。首先，一、将 说明各实施例共同的基本概念，二、各实施例的具体内容，以及最后三、各实施例的修改变 化。要注意的是，本发明并不限于在此所提到的实施例。一、各实施例共同的基本概念首先将叙述各实施例共同的基本概念。根据每一个实施例，电力产生单元的一目 标是将一外部所施的力转换并产生电力。根据实施例，电力产生单元的具体使用方式并非是任意的，举例来说，当电力产生 单元被嵌入一车站的验票口的整个地板内或一百货公司的出入口时，所有的乘客踩在电力 产生单元上，因此可产生相当高的发电量。在此情形，电力产生单元可被纳入一包含蓄电池 或电容器的电路中，且电流可被整流，或者电流会被储存或放电。其他具体的使用方式将会 在实施例中说明。二、各实施例的具体内容以下将配合附属


本发明各实施例的特定内容。[第一实施例]首先说明第一实施例。本实施例为压电元件的堆叠结构，其设计是用来加强电力 产生的效率及其类似者。图1所示为根据第一实施例的一完整电力产生单元的垂直截面图；图2所示为图 1的一成对模块的垂直截面图；图3所示为一对模块在一形变状态下的垂直截面图；图4所 示为一电力产生模块的俯视立体透视图；图5所示为一电力产生模块的仰视立体透视图。 如图1所示，电力产生单元1A包括多个堆叠的电力产生模块2A与一容纳电力产生模块2A 的模块支撑主体3A。(电力产生模块2A的组态配置)
24中央间隔件 25周围间隔件 28，29地板
31机壳主体 32挤压区块 33踏板轴 34，36，37LED 35按钮
每一个电力产生模块2A包括一振动板21、一对压电元件22与23、一中央间隔件 24、以及一周围间隔件25。振动板21是一支撑主体，其对压电元件22与23施加应力，同时作为强化构件，用 以强化压电元件的破裂强度。振动板21是由具有可挠性与耐久性的金属板所制成。可用 于振动板21的具体材料为任意的，也可使用不锈钢薄板。振动板21的平坦表面形状为任 意的，较佳为振动板21均等地随着外力变形，而在第一实施例中，振动板21的平坦表面形 状为圆形。一对压电元件22与23因为压力而变形，藉此产生电力。例如，压电元件22与 23是压电陶瓷譬如钛酸钡与，或是压电单结晶体，譬如钽酸锂(LiTa03)。任何可藉由外 力(包括产生扭转、弯折，或者是压缩的力)而产生电力的材料均可作为压电元件22与 23，或替代压电元件22与23。举例来说，可能被利用的有离子聚合物金属复合物(IPMC， IonicPolymer-Metal Composite)，其中一离子导电聚合物凝胶膜(胶)的两侧面会镀上金 属(金，等)、离子导电聚合物凝胶膜(ICPF, Ionic Conducting Polymergel Film)，或使用 IPMC或ICPF的人工肌肉。压电元件22与23为薄板形状，比振动板21要稍小一点，并经由 黏着剂或其类似者而被固定在振动板21的两侧表面。尽管压电元件22与23的平坦表面 形状为任意的，最好是类似于振动板21的形状。在第一实施例中，压电元件22与23的平 坦表面形状为圆形，且其直径小于振动板21的直径。每一个压电元件22与23相对于振动 板21的二维度的设置方式为任意的；然而，因为压电元件在振动板21的平坦表面中央位置 的形变量最大，因此较佳为压电元件22与23被设置在振动板21的平坦表面中央位置。在 第一实施例中，压电元件22与23在振动板21上同心设置。尽管没有在图中显示，每一个 压电元件22与23的一表面上有正极，另一表面有负极，而连接到正极的正极导线与连接到 负极的负极导线会被拉出来，并连接到一负载(图中未显示)，用以供应电力给负载。要注 意的是各种电力组件，譬如桥接电路，亦可配置在压电元件与负载之间。中央间隔件24是传送构件，其将电力产生模块2A内的压电元件22与23的形变 传送至与电力产生模块2A邻接的另一个电力产生模块2A的压电元件22与23，并同时维持 与相邻的压电元件22与23之间的固定距离。中央间隔件24被固定在振动板21上的压电 元件22与23的其中一个(在此为压电元件22)。中央间隔件24被设置在接近压电元件 22的中央部分，并藉由黏着剂或其类似者被固定在压电元件22。周围间隔件25维持相邻的电力产生模块2A之间的固定距离。周围间隔件25被固 定在压电元件22与23其中一个的外围的一侧，或被固定在振动板21 (在此为振动板21)， 而且周围间隔件25要比压电元件23厚，使得周围间隔件25突出在压电元件23之外。尽 管周围间隔件25的具体形状可为任意，周围间隔件25环绕着压电元件23，且为一环形体与 振动板21同心设置。或者，周围间隔件25可为另一形状。图6所示为一电力产生模块的修改的俯视立 体透视图，而图7所示为一电力产生模块的修改的仰视立体透视图。如图6与7所示，周围 间隔件25可为圆柱体沿着圆周方向围绕压电元件23。当周围间隔件25为圆柱体，为了要 稳定堆叠架构，间隔件25较佳为设置在三或更多的位置，对应正三角形的顶点，而三角形 的中心则位于振动板21的平坦表面中心位置。(电力产生模块2A的堆叠结构)
上述组态的电力产生模块2A的堆叠结构将说明如下。也就是说，如图2的垂直截 面图，堆叠电力产生模块2A以使其中一个电力产生模块2A的中央间隔件24在同一轴上与 另一邻接的电力产生模块2A的中央间隔件24接触。一对以这种方式堆叠的电力产生模块 2A就称为成对模块4，如图2所示。在每一个成对模块4中，压电元件22与23通过中央间 隔件24彼此连接。因此，当压电元件22变形时，另一个压电元件23会受到中央间隔件24 的挤压而变形。换句话说，藉由对一个压电元件22施以外力，实质上同样的外力也会施加 在另一个压电元件23上。因为位于成对模块4的内侧的二个压电元件22之间的距离会因 中央间隔件24而维持固定，所以可避免二个压电元件22彼此接触。电力产生单元是由堆叠成对模块4所构成，如图1所示。更特别地，成对模块4被 堆叠成使得每一成对模块4的周围间隔件25接触与该成对模块4相邻的另一个周围间隔 件25。根据此一结构，每一成对模块4的压电元件22与23变形时，固定压电元件22与23 的振动板21也跟随变形。所以，被固定在振动板21的周围间隔件25是以图示的垂直方向 移动。由于此移动的关系，在另一与该成对模块4邻接的成对模块4内的周围间隔件25会 被挤压，而固定该周围间隔件25的振动板21也跟随着变形。所以，被固定在该振动板21 的压电元件22与23发生变形。如此一来，该成对模块4的形变会被传送到另一成对模块 4。位于一成对模块4的外侧的压电元件23与另一个位于另一成对模块4的外侧的压电元 件23之间的距离会通过周围间隔件25维持固定不变。所以，可以避免二个压电元件23彼 此接触。相对位置的中央间隔件24，或相对位置的周围间隔件25彼此可被黏附，而不会产 生位置的偏差。(电力产生单元的组态一模块支撑主体3A)如图1所示，模块支撑主体3A支撑电力产生模块2A，并对应于所附的权利要求书 中的支撑单元。模块支撑主体3A包括机壳主体31与一挤压区块32，挤压区块用作为关闭 机壳主体31开口的盖子。机壳主体31具有一中空部分，而堆叠的电力产生模块2A被设在 中空部分内。在此状态下，电力产生模块2A以三明治式被夹在机壳主体31与挤压区块32 之间，并被稳固地支撑着。为了进一步加强被支撑的电力产生模块2A的稳定性，可用黏着 剂将位于最外侧的电力产生模块2A的周围间隔件25固定在机壳主体31或挤压区块32的 一内表面。尽管未显示于图中，在机壳主体31上会形成有用以拉出正极导线与负极导线的 拉出孔。在具有上述组态的电力产生单元1A，电力产生模块2A通过中央间隔件24与周围 间隔件25彼此连接。在此模块支撑主体3A没有必要个别地支撑电力产生模块2A，所以可 简化模块支撑主体3A的结构，且可降低主体3A的重量。(第一实施例的功效)根据第一实施例，成对模块4中的压电元件22与23可以中央间隔件24为一支点 而沿着其周围变形，且压电元件22与23以介于成对模块4间的周围间隔件25为支点而在 其周围变形。所以，在所有堆叠的成对模块4中，压电元件22与23都可以变形，藉此加强 电力产生的效率。因为压电元件22与23相对于振动板21的整个固定表面均可被弯曲，因 此力量可被施加在所有压电元件22与23上，而可以加强电力产生的效率，达到高发电量。此外，模块支撑主体3A不需要个别地支持堆叠的电力产生模块2A，模块支撑主体 3A只需要能够导引电力产生模块2A，使得电力产生模块2A能够可靠地在堆叠方向移动。所 以，可以简化模块支撑主体3A的结构，使得电力产生单元1A的制造成本与重量也可减少。
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[第二实施例]以下将说明第二实施例。在本实施例的模式，其中振动板的形状是设计用以加强 电力产生的效率及其类似者。第二实施例的组态配置实质上与第一实施例相同，除非另有 特别标示。第二实施例的构成实质上与第一实施例的相同，并以类似的标号以及/或者名 称标示，并省略其说明。图8所示为根据第二实施例的一电力产生模块的垂直截面图。弯折部26位于压 电元件22与23外围的一侧上的电力产生模块2B的振动板21的一侧。弯折部26是藉由 一挤压机器挤压与弯折振动板21而形成。弯折部26的方向是未平行于振动板21的主表 面方向(移除弯折部后振动板的表面的方向)(使得实质获得一 S形的截面)。藉由提供弯折部26，可降低振动板21的刚性。所以，在有外力施加于压电元件22 与23时，外力通过压电元件22与23被传送到振动板21，振动板21相对容易地变形，且压 电元件22与23能够产生变形，因此压电元件22与23会相对容易地变形，电力产生的效率 也得以加强。弯折部26可位于振动板21 —侧的至少一部分上，因为振动板21的刚性一致 均勻地降低，所以较佳为弯折部26连续地形成于振动板21侧边的整个周围，具有与振动板 相同的形状。除了图8所示的形状外，弯折部26还可用其他不同的形状。图9(a)至(p)以简 化的方式显示振动板21的各种变化的垂直截面图。(第二实施例的功效)根据第二实施例，藉由提供弯折部26，可降低振动板21的刚性，振动板21相对容 易地变形，使得压电元件22与23能够变形，因此压电元件22与23可相对轻易地变形，电 力产生的效率也得以加强。[第三实施例]以下将说明第三实施例。此一实施例是电力产生单元的一具体使用模式，其中电 力产生单元容纳于一自行车踏板中。第三实施例的组态配置实质上与第一实施例相同，除 非另有特别标示。第三实施例的构成实质上与第一实施例的相同，并以类似的标号以及/ 或者名称标示，并省略其说明。图10所示为根据第三实施例的一电力产生单元的立体透视示意图。电力产生单 元1C将多个与电力产生模块2A相同方式形成的电力产生模块2C(每一个堆叠的电力产生 模块2C的外部形状为如图10所示的圆柱形)，将其纳入构成一自行车踏板的模块支撑主体 3C中。模块支撑主体3C为一整合的中空盒体，而非图1所示的机壳主体和挤压区块的分割 结构。模块支撑主体3C包括一踏板轴33。模块支撑主体3C通过踏板轴33连接至自行车 (图中未显示)。自行车骑士可以用他的鞋底踩踏模块支撑主体3C的方式来骑自行车。电力产生模块2C被设置在位于接近模块支撑主体3C的一踏板表面(一挤压板， 对应权利要求书中的操作表面)。藉由让踏板表面变形可使电力产生模块2C受挤压。多个LED (发光二极管)34架设于与模块支撑主体3C的踏板表面实质上相交于直 角的一侧表面上，而LED 34通过一控制电路(图中未显示)电性连接至电力产生单元1C。 当自行车骑士骑自行车时，踩踏模块支撑主体3C，模块支撑主体3C的踏板表面会变形，外 力施加于电力产生单元1C，而LED 34会因电力产生模块2C的电动势而点亮或如同夜灯般 闪烁。一电路可以设计为，当模块支撑主体3C上设有光学感测器(图中未显示)，且光学感测器所检测到的光强度等于或高于一预定的数值，由电力产生单元1C所产生的电力会被 储存在电池(图中未显示)中，而当光的强度低于预定的数值时，点亮LED 34。(第三实施例的功效)根据第三实施例，电力产生模块2C位于构成踏板的模块支撑主体3C内。所以，当 有一力量施加在模块支撑主体3C的踩踏表面时，电力产生模块2C会受到挤压而产生电力， 而LED 34可因所产生的电流而被点亮。[第四实施例]以下将说明第四实施例。此一实施例是电力产生单元的具体使用模式，其中电力 产生单元应用于一电视或冷气机所用的遥控器的电源供应器。第四实施例的组态配置实质 上与第一实施例相同，除非另有特别标示。第四实施例的构成元件实质上与第一实施例的 相同，并以类似的标号以及/或者名称标示，并省略其说明。图11所示为根据第四实施例的一电力产生单元的垂直截面图。电力产生单元1D 将多个与电力产生模块2A相同方式形成的电力产生模块2D，纳入构成一遥控器主体(在所 附的权利要求书中为发送器)的模块支撑主体3D内。模块支撑主体3D中除了包含电力产 生模块2D外，还具有用于遥控器的按钮35、控制电路(图中未显示)、以及用以传送信号的 LED 36，且控制电路与LED 36电性连接至电力产生单元1D。特别是，按钮35位于模块支撑主体3D的上表面(对应于所附的权利要求书中的 操作表面)，当任何一个按钮35被按下时，整个按压板会被压下并变形，而力量会被施加在 接近按压板的上表面的电力产生模块2D上。在此配置下，电力产生模块2D产生电力，所产 生的电力则供应给控制电路，使得LED 36点亮并输出控制信号光。(第四实施例的功效)根据第四实施例，电力产生模块2D位于构成遥控器主体的模块支撑主体3D内。所 以，藉由下压在模块支撑主体3D的上表面的按压板时，电力产生模块2D产生电力，并产生 用以操作遥控器所需的电力。[第五实施例]以下将说明第五实施例。此一实施例是电力产生单元被容纳在一鞋(在此为一木 屐)内的模式。第五实施例的组态配置实质上与第一实施例相同，除非另有特别标示。第 五实施例的构成元件实质上与第四实施例的相同，并以类似的标号以及/或者名称标示， 并省略其说明。图12所示为根据第五实施例的一电力产生单元的垂直截面图。电力产生单元1E 将多个与电力产生模块2A相同方式形成的电力产生模块2E，纳入构成一木屐的模块支撑 主体3E内。模块支撑主体3E的上表面为一平坦踏板表面(对应于所附权利要求书中的操 作表面)，而绳索36位于踏板表面上。使用者通过绳索36穿上木屐，并且在行走的时候可 踩踏在模块支撑主体3E上。电力产生模块2E被设在接近模块支撑主体3E的踏板表面的位置，藉由踩踏在踏 板表面上使其变形，使电力产生模块2E因此受挤压。多个LED 37架设在与模块支撑主体3E的踏板表面实质上相交在直角处的一侧表 面上，而多个LED 37通过一控制电路(图中未显示)电性连接至电力产生模块2E。当一用 户踩在模块支撑主体3E上行走时，LED 37会因电力产生模块2E的电动势而被点亮或如同夜灯般闪烁。(第五实施例的功效)根据第五实施例，因为电力产生模块2E位于构成木屐的模块支撑主体3E内，当有 力量施加在踏板表面，电力产生模块2E会被挤压，进而产生电力，而LED 37可藉由所产生 的电流发出闪烁与放射光线。在此一配置下，当用户在夜晚行走时，因为踏板表面的变形， 电力产生模块2E被挤压而产生电力，LED 37因所产生的电流而被点亮。LED 37在木屐的 前后方点亮，因此使用者立足的地方可确保安全，且还可让车辆驾驶者留意到亮光。[第六实施例]以下将说明第六实施例，其以不同于第一实施例的结构堆叠压电元件。第六实施 例的组态配置实质上与第一实施例相同，除非另有特别标示。第六实施例的构成元件实质 上与第四实施例的相同，并以类似的标号以及/或者名称标示，并省略其说明。图13所示为根据第六实施例的一电力产生单元的相关零件的垂直截面图，而图 14所示为图13的电力产生单元的相关零件在一形变状态的垂直截面图。在图13与图14 中(在后述的图15和图16也一样)，电力产生单元的内部有部分被省略。一电力产生单元 1F包含多个电力产生模块2F被堆叠在机壳主体31与挤压区块32内。每一个电力产生模 块2F包括压电元件22、个别设置在各压电元件22其中一表面上的中央间隔件24、以及个 别设置在各压电元件22的另一表面上的周围间隔件25。与第一实施例不同是，在第六实施 例中省略掉振动板，中央间隔件24与周围间隔件25利用已知的固定方式，包括黏着，直接 被固定在压电元件22。在此结构中，当挤压区块32被外力挤压时，每一个压电元件22的外围会通过周围 间隔件25而被挤压，且压电元件22的中央部分的位置被中央间隔件24固定住。所以，压 电元件22的外围会沿着中央部分以相同的方向变形，如图14所示。特别是，图14所示的 状态为挤压区块32被一振幅(在此称为“振幅X”)所推动，该振幅对应于一个压电元件22 的厚度。在此状态下，每一个压电元件22的形变量也等于振幅X。在此结构中，省略了第一 实施例中堆叠结构的振动板，且压电元件22之间的距离会被抑制在一个中央间隔件24或 周围间隔件25的厚度。所以，可进一步加强压电元件22的堆叠效率。(第六实施例的功效)根据第六实施例，与第一实施例相比较之下，因有更简单的堆叠结构，故可进一步 加强压电元件22的堆叠效率。[第七实施例]以下将说明第七实施例，本实施例的模式中，压电元件被堆叠为不同于第一实施 例的结构。第七实施例的组态配置实质上与第一实施例相同，除非另有特别标示。第七实 施例的构成元件实质上与第四实施例的相同，并以类似的标号以及/或者名称标示，并省 略其说明。图15所示为根据第七实施例的一电力产生单元的相关零件的垂直截面图，而图 16所示为图15的电力产生单元的相关零件在一形变状态的垂直截面图。电力产生单元1G 包括多个压电元件22、被设置在最外面一个压电元件22(在第十五与第十六图中的最底下 一个)的一外表面的中央间隔件24、以及被设置在另一边最外面一个压电元件22的(在第 十五与第十六图中的最上面一个)的一外表面的周围间隔件25，而这些压电元件22、中央
12间隔件24、以及周围间隔件25被设置在机壳主体31与挤压区块32内。藉由一摩擦力维 持压电元件22的堆叠状态，该摩擦力是因为压电元件22之间的紧密接触所产生的，或因为 压电元件22的至少相对表面的部分藉由黏着剂而彼此黏着所产生的。与第一实施例不同 的是，在此省略了振动板。而中央间隔件24与周围间隔件25藉由已知的固定方式，包括黏 着，直接地被固定在压电元件22。 在此结构中，当挤压区块32被外力挤压时，每一个压电元件22的外围会通过周围 间隔件25而被挤压，而压电元件22的中央部分的位置被中央间隔件24固定住。所以，压 电元件22的外围会沿着中央部分以相同的方向变形，如图16所示。特别是，图16所示的 状态为挤压区块32被一振幅(在此称为“振幅X”)所推动，该振幅对应于一个压电元件22 的厚度。在此结构中，每一个压电元件22的形变量也等于振幅X。在此结构中，省略了第一 实施例中堆叠结构的振动板，而压电元件22之间的距离实质上会被消除。所以，可进一步 加强压电元件22的堆叠效率。(第七实施例的功效)根据第七实施例，与第一实施例相比较下，因有更简单的堆叠结构，可进一步加强 压电元件22的堆叠效率。[第八实施例]以下将说明第八实施例，本实施例的模式是压电元件被堆叠成不同于第一实施例 的结构。第八实施例的组态配置实质上与第一实施例相同，除非另有特别标示。第八实施 例的构成元件实质上与第四实施例的相同，并以类似的标号以及/或者名称标示，并省略 其说明。图17所示为根据第八实施例的一电力产生单元的相关零件的垂直截面图，而图 18所示为电力产生单元的相关零件的立体透视图。电力产生单元1H将多个电力产生模块 2H沿着振动板27设置在一宽的可挠性振动板27的其中一个表面上。每一个电力产生模 块2H包括一个压电元件22、被设置在压电元件22的其中一表面(在图17与图18中的下 表面)上的中央间隔件24、以及被设置在压电元件22的另一表面(在图17与图18中的上 表面)上的周围间隔件25。在此也可将电力产生模块2H改为电力产生模块2A、2B、2C、2D、 2E、以及2F。一对地板28与29以三明治方式被放置在使得电力产生单元1H被夹在两者之间。 地板28与振动板27直接接触，且中央间隔件24紧邻地板29。地板29可为振动板27。在此结构中，当有人走在地板28上而地板28振动，此振动被传送到振动板27。因 为振动板27具有可挠性，当振动板27的一部分振动时，如图18所示，该振动会通过振动板 27而被传导。所以，振动不仅会被传送到接近振动源的压电元件22，也会被传送到距离振 动源较远的另一压电元件22，且压电元件22会产生变形。(第八实施例的功效)根据本实施例，振动可被传送到与一振动源隔离的广大范围，所以可进一步加强 电力产生的效率。三、各实施例的变化尽管先前说明了本发明的各实施例，虽然本发明的各实施例已说明如上述，本发 明的组态设置及技术手段，在不脱离本发明的精神和范围内，可任意修改或改进，这类的修改变化说明如下。(有关本发明要解决的问题与本发明的功效)本发明要解决的问题以及本发明的功效并不限于上述，而本发明也可解决未提到 的问题并达到其他功效。此外，在本发明中，有可能只解决部分的问题，并且只达到部分的 功效。(有关电力产生模块2A至2H的具体应用)上述各实施例分别包括多个组电力产生单元，各组电力产生单元具有多个堆叠的 电力产生模块2A至2H ；然而，根据使用的目的，本发明的模式也可包括任何使用一或多个 堆叠的电力产生模块2A至2H。举例来说，本发明包括任何模式，其中堆叠的电力产生模块 2A至2H是位于一条线或多条线上，而且它们是被放置在一般的线或对角线上。(有关电力产生模块2A至2H的具体设置)尽管在第一实施例中有多组电力产生模块2A至2H被设置在平坦表面上，不过它 们也可被设置在曲面上。举例来说，这些模块可以被设置在圆柱体的周围表面上。在此例 中，在圆柱体上设置的电力产生模块2A至2H以预定方法(例如，挤压在圆柱的周围表面上 的突起的方法)施加外力，可使得电力产生模块2A至2H被挤压并产生电力。产业可应用性根据本发明的电力产生单元可应用为将外部所施的力转换并产生电力的电力产 生单元。特别是，根据本发明的电力产生单元，一挤压力可被传送至每一块振动板而不会被 分散，因此挤压力可有效地被施加在每一个振动板的曲面，达到获得高电力产生量。本发明 有利于一电力产生单元，其中模块支撑主体的结构经过简化，藉此降低电力产生单元的制 造成本，而模块支撑主体的重量也会降低。
权利要求
一种将一外部所施的力转换为电力的电力产生单元，其包括多个压电元件；以及多个间隔件，其以堆叠方式被设置在该些压电元件之间，或者被设置在其中的一压电元件与挤压其中的一压电元件的一挤压表面之间，其中其中的一间隔件形成其中的一压电元件的一形变空间，并传送一形变力至该压电元件。
2.如权利要求1所述的电力产生单元，还包括多个电力产生模块与支撑该些电力产生 模块的多个支撑单元，其中各电力产生模块包括一可挠性振动板、被固定在该振动板二表面上的该些压电元件、 以及多个中央间隔件，作为该些间隔件，其被固定在该些被固定于该振动板其中一个表面 上的压电元件，并被设置在靠近其中的一压电元件的一中央部分，该些电力产生模块被堆叠为使得其中的一电力产生模块的中央间隔件与相邻的电力 产生模块的中央间隔件彼此接触并位于一相同的轴上。
3.如权利要求2所述的电力产生单元，其中各电力产生模块包括多个周围间隔件，作为该些间隔件，其被固定于位于该振动板另 一表面的该些压电元件的外围的一侧上，或被固定于该振动板上，并向外伸出其中的一压 电元件之外，以及该些电力产生模块被堆叠为使得其中的一电力产生模块的周围间隔件与相邻的电力 产生模块的周围间隔件彼此接触。
4.如权利要求1所述的电力产生单元，还包括多个电力产生模块，其中该电力产生模块包括该些压电元件、多个中央间隔件、以及多个周围间隔件，该多个中 央间隔件被固定至该些压电元件的一表面，并被设置在靠近该些压电元件的一中央部分， 以及该多个周围间隔件被固定在该些压电元件的其他表面的外围侧上。
5.如权利要求1所述的电力产生单元，还包括多个电力产生模块，其中各电力产生模块包括该些压电元件、一中央间隔件、以及一周围间隔件，该些压电元件 彼此直接堆叠或通过一弹性层彼此堆叠，该中央间隔件被设置在最外面的压电元件的一外 表面的一中央部分，以及该周围间隔件被固定在另一最外面的压电元件的一外表面的一外 围的一侧上。
6.如权利要求3-5中任一项所述的电力产生单元，其中的一周围间隔件为沿着该压电 元件的一周围方向形成的一环形体。
7.如权利要求3-5中任一项所述的电力产生单元，其中的一周围间隔件为一圆柱体， 其沿着该压电元件的一周围方向被设置在多个位置。
8.如权利要求1所述的电力产生单元，还包括一可挠性板状的振动板，其形成该挤压 表面，其中该些压电元件沿着该振动板被设置在该振动板的至少一表面上，以及其中的一间隔件 被设置于该些压电元件与该振动板之间。
9.如权利要求1-8中任一项所述的电力产生单元，其中与非平行于该振动板的一主表 面方向的一弯折部被提供于位于该振动板的其中的一压电元件的一外围的一侧上。
10.如权利要求2-5中任一项所述的电力产生单元，其中任一电力产生模块可通过一自行车踏板、一发送器、或者一鞋的一操作表面而被挤压。
全文摘要
一种用以将一外部所施的力转换为电力的电力产生单元(1A)，其包含压电元件(22，23)，以及中央间隔件(24)与周围间隔件(25)，中央间隔件(24)与周围间隔件(25)分别被提供在多个堆叠的压电元件(22，23)之间，或者分别被提供在介于用以挤压该些压电元件(22，23)的一平面与该些压电元件(22，23)之间，以便形成该些压电元件(22，23)的形变空间以及传送一形变力至该些压电元件。例如，压电元件(22，23)分别被固定至一可挠性振动板(21)的二侧，圆柱状的中央间隔件(24)被设置在压电元件(22，23)上，以及一环状的周围间隔件(25)被设置在振动板(21)上。
文档编号H01L41/113GK101855820SQ20088011595
公开日2010年10月6日 申请日期2008年11月11日 优先权日2007年11月13日
发明者速水浩平 申请人:速水浩平